Giới thiệu chỉ số chất lượng nước sử dụng cho đánh giá chất lượng nước mặt

Thông báo Khoa học và Công nghệ* Số 2-2012 109 
GIỚI THIỆU CHỈ SỐ CHẤT LƯỢNG NƯỚC SỬ DỤNG CHO ĐÁNH GIÁ 
CHẤT LƯỢNG NƯỚC MẶT 
ThS. Hoàng Anh Sơn 
Khoa Kỹ thuật Hạ tầng đô thị, trường Đại học Xây dựng Miền Trung 
Tóm tắt: Đánh giá chất lượng nước có thể được thực hiện bằng cách phân tích các thông số vật lý, 
hóa học và sinh học của nước. Chỉ số chất lượng nước (Water Quality Index – WQI) sẽ cho một giá 
trị đơn giản về chất lượng nước giúp hạn chế một số lượng lớn các thông số cần phân tích. Tùy 
thuộc vào nhu cầu của từng quốc gia trong việc đánh giá chất lượng nước và kiểm soát ô nhiễm 
nên hiện nay trên thế giới có rất nhiều WQI riêng biệt được sử dụng. Trong bài viết này, tác giả 
trình bày WQI được xây dựng bởi Hội đồng Bộ trưởng Canada (Canadian Council of Ministers of 
the Environment), sau đây viết tắt là CCME – WQI. Ưu và nhược điểm; công thức tính toán cũng 
như ví dụ minh họa cho CCME – WQI cũng sẽ được trình bày chi tiết. 
1. Giới thiệu 
 Để đánh giá chất lượng nước, hiện nay 
ở Việt Nam và nhiều quốc gia trên thế giới, 
người ta thường dựa vào việc phân tích các 
thông số chất lượng nước riêng biệt, rồi so 
sánh từng thông số đó với giá trị giới hạn 
được quy định trong tiêu chuẩn quốc gia 
hoặc tiêu chuẩn quốc tế. Các thông số chất 
lượng nước hay được phân tích là [1]: 
- Các thông số vật lý: màu; mùi; nhiệt 
độ; tổng chất rắn (TS); tổng chất rắn hòa tan 
(TDS); độ đục (TUR); độ dẫn điện (EC); 
- Các thông số hóa học: oxy hòa tan 
(DO); nhu cầu oxy sinh hóa (BOD5); nhu 
cầu oxy hóa học (COD); tổng cacbon hữu cơ 
(TOC); độ mặn; độ cứng; pH; NO3
-; NO2-; 
NH4+/ NH3; PO43-; F-; SO42-; hóa chất bảo vệ 
thực vật (nhóm DDT, nhóm HCH, 
Aldrine,); kim loại độc (HgII, CdII, 
PbII,); 
- Các thông số vi sinh: tổng Coliform 
(TC); Coliform phân (FC); 
 Tuy vậy, cách làm này sẽ không thể nói 
đến diễn biến chất lượng nước tổng quát của 
một con sông (hay đoạn sông) và do vậy, 
khó so sánh chất lượng nước từng vùng của 
một con sông, so sánh chất lượng nước của 
sông này với sông khác, chất lượng nước 
thời gian này với thời gian khác (theo tháng, 
mùa), chất lượng nước hiện tại so với tương 
lai Như vậy sẽ khó khăn cho công tác 
giám sát diễn biến chất lượng nước, khó 
đánh giá hiệu quả đầu tư để bảo vệ chất 
lượng nước và kiểm soát ô nhiễm nước 
Mặt khác, khi đánh giá thông qua các thông 
số chất lượng nước riêng biệt, chỉ các nhà 
khoa học / nhà chuyên môn mới hiểu được 
và như vậy, khó thông tin về chất lượng 
nước cho cộng đồng và các nhà hoạch định 
chính sách đề ra các quyết định về quản lý 
và khai thác nguồn nước. 
 Để khắc phục những điều đó, cần phải 
có một thông số mô tả tổng quát, cho phép 
lượng hóa được chất lượng nước. Một trong 
những thông số tổng quát đó là Chỉ số chất 
lượng nước (WQI). WQI được đề xuất và áp 
dụng đầu tiên ở Mỹ vào những năm 1965 – 
1970. Sau đó WQI nhanh chóng được chấp 
nhận và triển khai áp dụng ở nhiều quốc gia 
trên thế giới. 
 WQI là một thông số tổ hợp được tính 
toán từ nhiều thông số chất lượng nước theo 
một phương pháp xác định (hay theo một 
công thức toán học xác định) [3]. WQI được 
dùng để mô tả định lượng về chất lượng 
nước và được biểu diễn qua thang điểm: 
Thông báo Khoa học và Công nghệ* Số 2-2012 110 
thông thường 0 ÷ 100; một số trường hợp 10 
÷ 100; 0 ÷ 1000, 
 Hiện nay có rất nhiều chỉ số chất lượng 
nước được phát triển ở nhiều quốc gia trên 
thế giới. Trong số đó, có 3 chỉ số chất lượng 
nước hay được dùng nhất đó là: chỉ số chất 
lượng nước do Quỹ vệ sinh Mỹ đề xuất (NSF 
– WQI); chỉ số chất lượng nước do Bhargava 
đề nghị (Bhargava – WQI) và chỉ số chất 
lượng nước được Hội đồng Bộ trưởng 
Canada đề nghị (CCME – WQI) và quyết 
định đưa vào áp dụng từ năm 2001. Ở nước 
ta, nhiều tác giả đã áp dụng có cải tiến chỉ số 
CCME – WQI để đánh giá chất lượng nước. 
Dưới đây sẽ giới thiệu về CCME – WQI. 
2. Phương pháp tính toán 
2.1. Công thức tính CCME – WQI [3] 
CCME – WQI được xây dựng trên cơ 
sở kế thừa và phát triển mô hình WQI của 
bang British Columbia (Canada) và năm 
2001 đã được Hội đồng Bộ trưởng môi 
trường Canada chấp nhận đưa vào sử dụng. 
Chỉ số này là sự tổ hợp của 3 yếu tố: 
phạm vi (Scope); tần số (Frequency) và độ 
lớn hay biên độ (Amplitude). Chỉ số này 
nhận giá trị trong khoảng từ 0 (ứng với mức 
chất lượng nước xấu nhất) đến 100 (ứng với 
mức chất lượng nước tốt nhất). Người ta 
chia theo 5 mức khác nhau (Bảng 1). Các 
thông số lựa chọn cho các mục đích sử dụng 
nước có thể thay đổi tùy thuộc điều kiện 
thực tế của từng vùng. CCME – WQI là loại 
mô hình cho mục đích riêng hoặc mục đích 
tổng quát và có thể áp dụng cho cả nguồn 
nước ngọt, nước lợ và nước mặn. Những 
thông số chất lượng nước cần quan trắc (các 
thông số lựa chọn) và những tiêu chuẩn chất 
lượng nước cho các mục đích sử dụng khác 
nhau phụ thuộc vào các tiêu chuẩn và quy 
định của quốc gia hoặc/và quốc tế. 
Bảng 1. Phân loại chất lượng nước theo 
CCME – WQI 
Loại CCME - 
WQI 
Giải thích 
I 95 ÷ 100 Rất tốt 
II 80 ÷ 94 Tốt 
III 65 ÷ 79 Trung bình 
(hay tạm được) 
IV 45 ÷ 64 Xấu (hay dưới 
mức 
 cho phép) 
V 0 ÷ 44 Rất xấu 
CCME – WQI được tính toán từ các 
hệ số đại diện cho 3 yếu tố: phạm vi (F1), tần 
số (F2) và độ lớn(F3) trong đó F1 và F2 được 
xác định trực tiếp, F3 được xác định gián tiếp. 
(1) Xác định F1 (phạm vi): F1 thể hiện số 
thông số chất lượng nước không đạt chuẩn – 
vượt quá (hoặc nhỏ hơn) giới hạn cho phép 
trong tiêu chuẩn chất lượng nước ứng với 
một mục đích nào đó. F1 được đo bằng tỉ số 
giữa số thông số không đạt chuẩn và tổng số 
các thông số được quan trắc. 
(2) Xác định F2 (tần số): F2 cho biết tần số 
(số lần) không đạt chuẩn của các thông số 
quan trắc so với tổng số các kết quả quan trắc 
của tất cả các thông số: 
(3) Xác định F3 (độ lớn): F3 cho biết độ lớn 
của thông số không đạt chuẩn so với giá trị 
của thông số đó được quy định trong tiêu 
chuẩn và nó được xác định qua 3 bước: 
i) Bước 1: Xác định độ lệch (Excursion – ký 
hiệu là EXi) của mỗi thông số không đạt 
chuẩn, cao hơn hay thấp hơn bao nhiêu so 
với tiêu chuẩn quy định của thông số đối với 
một mục đích sử dụng nước xác định. EXi 
được tính như sau: 
a. Khi giá trị của thông số cao hơn tiêu 
chuẩn: 
Số thông số không đạt chuẩn 
F1 = Tổng các thông số quan trắc 
Số kết quả quan trắc không đạt chuẩn 
F2 = Tổng các kết quả quan trắc 
Thông báo Khoa học và Công nghệ* Số 2-2012 111 
b. Ngược lại, khi giá trị của thông số nhỏ 
hơn tiêu chuẩn: 
ii) Bước 2: Xác định độ lệch tổng cộng 
chuẩn hoá (nse – normalized sum of 
excursions). Nse bằng tỷ số giữa tổng các độ 
lệch (EXi) và tổng số các kết quả quan trắc 
không đạt chuẩn (lớn hơn hoặc nhỏ hơn 
chuẩn) đối với một mục đích sử dụng nước 
xác định. 
iii) Bước 3: Tính F3 là hàm của nse và được 
tính từ nse sao cho nó nhận giá trị trong 
khoảng 0  100. 
F3 = 
 01,001,0 nse
nse 
Cuối cùng tính CCME – WQI: CCME – 
WQI được xem là tổ hợp của 3 yếu tố F1, F2 
và F3; mỗi yếu tố được xem là một vectơ 
trong không gian 3 chiều. Nói cách khác, 
CCME – WQI là vectơ tổ hợp từ 3 vectơ F1, 
F2 và F3: 
CCME – WQI = 100 - 
732,1
2
3
2
2
2
1 FFF 
Trong công thức này xuất hiện giá trị 1,732 
là do mỗi hệ số F có thể nhận giá trị cao nhất 
của nó là 100 (trường hợp xấu nhất) và như 
vậy, độ dài của vectơ tổ hợp có thể đạt cực 
đại là. 
2 2 2
1 2 3
2 2 2100 100 100
30000 173, 2
F F F 
 Để đưa vectơ tổ hợp đó về 100 (giá trị 
cao nhất), bắt buộc phải chia cho 1,732 và 
lúc này CCME – WQI = 0, ứng với chất 
lượng nước xấu nhất. 
2.2. Ví dụ tính CCME – WQI 
 Số liệu thu được khi quan trắc 10 thông 
số bao gồm: oxy hòa tan (DO); pH; tổng 
photpho (TP); tổng nitơ (TN); coliform phân 
(FC); asen (As); chì (Pb); thủy ngân (Hg); 
2,4 – D; Lindane tại dòng sông Bắc 
Saskatchewan trong năm 1997 (tần suất lấy 
mẫu: 1 tháng/lần) [4] trình bày ở Bảng 2: 
Bảng 2. Số liệu quan trắc năm 1997 tại sông Bắc Saskatchewan 
Ngày 
tháng 
DO 
mg/L 
pH TP 
mg/L 
TN 
mg/L 
FC 
#/dL 
As 
mg/L 
Pb 
mg/L 
Hg 
g/L 
2,4-D 
g/L 
Lindane 
g/L 
7/1/97 11.4 8.0 0.006 0.160 4 0.0002 0.0004 <0.05 <0.005 <0.005 
4/2/97 11.0 7.9 0.005 0.170 <4 <0.0002 0.0094* <0.05 
4/3/97 11.5 7.9 0.006 0.132 4 <0.0002 <0.0003 <0.05 
8/4/97 12.5 7.9 0.058* 0.428 <4 <0.0002 0.0008 <0.05 0.004 <0.005 
6/5/97 10.4 8.1 0.042 0.250 <4 0.0002 0.0008 <0.05 
3/6/97 8.9 8.2 0.108* 0.707 26 0.0006 0.0013 <0.05 
8/7/97 8.5 8.3 0.017 0.153 9 0.0002 0.0004 <0.005 
5/8/97 7.5 8.2 0.008 0.153 8 <0.0002 <0.0003 <0.05 <0.005 
Giá trị của thông số Xi vượt 
chuẩn FXi = Giá trị thông số Xi nhỏ hơn tiêu 
chuẩn 
-1 
Thông báo Khoa học và Công nghệ* Số 2-2012 112 
2/9/97 9.2 8.2 0.006 0.130 12 0.0003 0.0018 <0.05 
7/10/97 11.0 8.1 0.008 0.093 12 <0.0002 0.0011 <0.05 <0.005 <0.005 
4/11/97 12.1 8.0 0.006 0.296 8 <0.0002 0.0051* <0.05 
1/12/97 13.3 8.0 0.004 0.054 4 <0.0002 <0.0003 <0.05 
T/chuẩn 5 6.5-9.0 0.05 1 400 0.05 0.004 0.1 4 0.01 
*: không đạt tiêu chuẩn 
Mặc dù có thể tính CCME – WQI bằng thủ 
công, tuy nhiên khi có một số lượng lớn số 
liệu thì việc tính bằng Excel sẽ thuận lợi hơn 
rất nhiều. 
 Số lượng các thông số không đạt chuẩn 
là 2 (TP; Pb). Tổng các thông số quan trắc là 
10. Vì vậy: 
20100
10
2
1 
 F 
Số lượng mẫu không đạt chuẩn là 4, và tổng 
số mẫu là 103 (có những tháng không quan 
trắc Hg và thuốc trừ sâu (2,4 – D; Lindane). 
Trong trường hợp này: 
9.3100
103
4
2 
 F 
 Độ lệch tổng cộng chuẩn hóa và F3 
được tính như sau: 
ETP1 = 16.0105.0
058.0
ETP2 = 16.1105.0
108.0
EPb1 = 35.11004.0
0094.0
EPb2 = 275.01004.0
0051.0
( 0 .1 6 1 .1 6 1 .3 5 0 .2 7 5 )
1 0 3
0 .0 2 9
n s e 
 F3 = 
8.2
01.0)029.0(01.0
029.0
Với các giá trị F1; F2; F3 được tính như trên 
thì CCME – WQI được tính như sau: 
CCME - WQI = 100 - 
88
732.1
8.29.320 222
 Dựa vào Bảng 1, chất lượng nước 
năm 1997 tại dòng sông ở mức II (Tốt). 
3. Ưu và nhược điểm của CCME – WQI 
 Việc sử dụng CCME – WQI có nhiều 
ưu điểm: 
- Cho phép lượng hóa chất lượng nước 
(tốt, xấu, trung bình) theo một thang điểm 
liên tục và nó thể hiện tổng hòa ảnh hưởng 
của các thông số. 
- Cho phép đánh giá khách quan về chất 
lượng nước, đồng thời cho phép so sánh chất 
lượng nước theo không gian, thời gian và do 
vậy, thuận lợi cho phân vùng và phân loại 
chất lượng nước. 
- Thích hợp với việc tin học hóa nên 
thuận lợi cho quản lý và thông báo cho cộng 
đồng và các nhà hoạch định chính sách. 
- Tạo điều kiện thuận lợi cho bản đồ hóa 
chất lượng nước thông qua việc “màu hóa” 
các thang điểm WQI. 
 Ngoài ưu điểm trên, CCME – WQI 
cũng có một vài điểm hạn chế sau: 
- Hiệu ứng “che khuất” (Eclipsing): 
trong mô hình tính có một hoặc một vài 
thông số chất lượng nước kém (hay tồi tệ) 
hoặc chất lượng tốt nhưng giá trị WQI tính 
được không cho thấy điều đó, nghĩa là nó 
che khuất những đặc điểm đó. 
- Hiệu ứng “mập mờ” (Ambiguity): có 
những trường hợp một hoặc một vài thông 
Thông báo Khoa học và Công nghệ* Số 2-2012 113 
số chất lượng nước rất tồi tệ nhưng CCME – 
WQI lại phản ánh là tốt hoặc trung bình và 
ngược lại. 
4. Kết luận 
 Với những vấn đề đã nêu ở trên, việc 
áp dụng mô hình WQI để đánh giá chất 
lượng nước là rất cần thiết. Tuy nhiên, rõ 
ràng là không thể áp dụng hoàn toàn một mô 
hình có sẵn của một quốc gia hoặc địa 
phương vào quốc gia hoặc địa phương mình. 
Mặt khác, với điều kiện hiện nay thì việc xây 
dựng cho quốc gia hoặc địa phương mình 
một mô hình tính WQI riêng sẽ rất tốn kém 
và sẽ gặp rất nhiều khó khăn. Vì vậy, cần 
phải nghiên cứu xây dựng một mô hình WQI 
tổng quát mà trong đó bao hàm các thông số 
chất lượng nước đại diện cho dòng sông và 
đảm bảo đủ đơn giản để mô hình đó khả thi 
ở điều kiện của Việt Nam. Việc làm này đòi 
hỏi phải có sự nghiên cứu rất chi tiết về đặc 
điểm của nguồn nước cần phải đánh giá. Khi 
đó mô hình WQI sẽ là một công cụ phù hợp 
để đánh giá tổng quát về chất lượng nước và 
là công cụ hữu hiệu để giám sát chất lượng 
nước.
TÀI LIỆU THAM KHẢO 
[1]. Thủy Châu Tờ (2004), Phân tích và đánh giá chất lượng nước dựa vào chỉ số chất lượng 
nước (WQI): Áp dụng cho một số sông quan trọng trên địa bàn tỉnh Thừa Thiên Huế và Quảng 
Trị, Luận văn Thạc sỹ Hóa học, trường ĐHSP – Đại học Huế. 
[2]. Ott W. R. (1978), Environmental indices – Theory and practice, Ann Arbor Science 
Publishing Inc. 
[3]. Canadian Council of Ministers of the Environment (2001), Canadian water quality 
guidelines for the protection of aquatic life, Canada. 
[4]. Wright, C. R., K. A. Saffan, A. M. Anderson, R. D. Neilson, N. D. MacAlpine, and S. E. 
Cooke (1999): A Water Quality Index for Agricultural Streams in Alberta, Published by 
Alberta Agriculture, Food and Rural Development. Edmonton, AB. 35 pp.